JP5636557B2 - Infrared sensor manufacturing method, infrared sensor, and quantum infrared gas concentration meter - Google Patents

Infrared sensor manufacturing method, infrared sensor, and quantum infrared gas concentration meter Download PDF

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本発明は、赤外線センサの製造方法及び赤外線センサ並びに量子型赤外線ガス濃度計に関し、より詳細には、センサ素子の受光面に光学フィルタを形成する赤外線センサの製造方法及び赤外線センサ並びに量子型赤外線ガス濃度計に関する。   The present invention relates to an infrared sensor manufacturing method, an infrared sensor, and a quantum infrared gas concentration meter, and more specifically, an infrared sensor manufacturing method for forming an optical filter on a light receiving surface of a sensor element, an infrared sensor, and a quantum infrared gas. Concentration meter.

一般に、赤外線センサは、人体などの物体検出や大気中の種々のガス濃度を測定するのに用いられている。この種の従来の赤外線センサとしては、上面に凹部が形成されたパッケージと、凹部の底面に載置された赤外線センサ素子と、パッケージの上面の凹部の周囲に紫外線硬化型樹脂を介して取着された板状の光学フィルタとを備えた赤外線センサが提案されている。この赤外線センサは、光学フィルタとパッケージとの接着強度を向上させることが可能になり、低コストで作製することができる光学フィルタを備えた小型化かつ高信頼性の赤外線センサを提供することができるとされている。   In general, an infrared sensor is used for detecting an object such as a human body and measuring various gas concentrations in the atmosphere. This type of conventional infrared sensor includes a package having a recess formed on the top surface, an infrared sensor element mounted on the bottom surface of the recess, and an ultraviolet curable resin attached around the recess on the top surface of the package. An infrared sensor including a plate-like optical filter formed has been proposed. This infrared sensor can improve the adhesive strength between the optical filter and the package, and can provide a small-sized and highly reliable infrared sensor including an optical filter that can be manufactured at low cost. It is said that.

しかしながら、上述のような赤外線センサは、1)高価な光学フィルタの受光面の外周部をパッケージと貼り合わせるため、光学フィルタとして機能しない部分が必要となり、コストの増大を招く、2)接着剤の塗布量や塗布状態にばらつきが生じ、接着不良や、接着部以外への接着剤の滲み出しにより、例えば、人体の検知や防犯機器などに用いられる赤外線センサに適用した場合、検知範囲が狭くなり、視野特性にばらつきが生じる、といった問題点がある。   However, the infrared sensor as described above 1) Since the outer peripheral portion of the light receiving surface of an expensive optical filter is bonded to the package, a portion that does not function as an optical filter is required, resulting in an increase in cost. When applied to infrared sensors used in human body detection or security equipment, for example, due to variations in application amount and application state, poor adhesion, and adhesive oozing out of areas other than the adhesive part, the detection range becomes narrower. There is a problem that the visual field characteristics vary.

これらの問題点を解決するために、例えば、特許文献1に記載されているような赤外線センサが提案されている。この特許文献1に記載のものは、赤外線センサ素子を収容したパッケージの開口部に、赤外線センサ素子に所定の波長の赤外線を受光させる機能と、パッケージの開口部を封止する蓋としての機能とを同時に果たす光学フィルタを配設した構造を有する赤外線センサ及びその製造方法に関するものである。つまり、パッケージとして、光学フィルタを、パッケージの周壁の上端部よりも低い位置で支持する支持部と、支持部に支持された光学フィルタの側面と、パッケージの周壁との間に形成される隙間と連通する凹部とを備えたパッケージを用い、支持部に光学フィルタを支持させた状態で、凹部に接着剤を供給し、光学フィルタとパッケージの周壁との隙間に、毛細管現象により接着剤を浸入させ、光学フィルタを、接着剤を介してパッケージの開口部に固定するものである。   In order to solve these problems, for example, an infrared sensor as described in Patent Document 1 has been proposed. The one described in Patent Document 1 has a function of causing the infrared sensor element to receive infrared light of a predetermined wavelength in the opening of the package containing the infrared sensor element, and a function as a lid for sealing the opening of the package. The present invention relates to an infrared sensor having a structure in which an optical filter that simultaneously performs is disposed and a method for manufacturing the same. That is, as a package, a support portion that supports the optical filter at a position lower than the upper end portion of the peripheral wall of the package, a side surface of the optical filter supported by the support portion, and a gap formed between the peripheral wall of the package Using a package with a recess that communicates, with the optical filter supported by the support, supply adhesive to the recess, and allow the adhesive to penetrate into the gap between the optical filter and the peripheral wall of the package by capillary action. The optical filter is fixed to the opening of the package via an adhesive.

また、赤外線センサ素子と光学フィルタとをパッケージして一体化した赤外線センサとしては、例えば、特許文献2のものがある。この特許文献2に記載のものは、シリコン基板の表裏面のうち一方の面に異種金属の接合によるサーモパイルなどを用いた赤外線センサ部がダイヤフラム上に支持させて形成されているとともに、他方の面に光学干渉多層からなる受光波長選択用光学フィルタが形成されているものである。   As an infrared sensor in which an infrared sensor element and an optical filter are packaged and integrated, for example, there is one disclosed in Patent Document 2. The one disclosed in Patent Document 2 is formed by supporting an infrared sensor unit using a thermopile or the like on a surface of a silicon substrate on the diaphragm on one side of the front and back surfaces of the silicon substrate, and the other side. In addition, an optical filter for selecting a received wavelength comprising an optical interference multilayer is formed.

また、赤外線などの光を透過する窓材と検出素子との間に、検出素子に対応し、光学薄膜によって所定の波長帯域の光のみを選択し透過させる光学フィルタが配置される赤外線センサについては、例えば、特許文献3に開示されている。   Regarding an infrared sensor in which an optical filter corresponding to a detection element and selecting and transmitting only light of a predetermined wavelength band by an optical thin film is disposed between a window material that transmits light such as infrared rays and the detection element. For example, it is disclosed in Patent Document 3.

また、炎中の二酸化炭素の共鳴放射スペクトルは、4.3μmにピークを持ち、他の放射を比較するための帯域の赤外線強度と比較することにより、精度良い火災検知ができることが、例えば、特許文献4により知られている。   In addition, the resonance emission spectrum of carbon dioxide in the flame has a peak at 4.3 μm, and it is possible to detect fire with high accuracy by comparing it with the infrared intensity of the band for comparing other emission. Known from document 4.

従来の赤外線センサとしては、熱型赤外線センサと量子型赤外線センサに分けられる。熱型赤外線センサは、赤外線のエネルギーを熱として利用したセンサであり、赤外線の熱エネルギーによりセンサ自体の温度が上昇し、その温度上昇による効果(抵抗変化、容量変化、起電力、自発分極)を電気信号に変換する素子である。この熱型赤外線センサには、焦電型(PZT、LiTaO3)、熱起電力型(サーモパイル、熱電対)、導電型(ボロメータ、サーミスタ)があり、感度に波長依存性がなく、冷却は不要である。しかも、応答速度が遅く、検出能力もあまり高くない。また、赤外線検出部と周辺部を熱的に分離する必要があるために赤外線検出部と周辺部との間に空隙をとる必要があり、上述の光学フィルタも赤外線検出部に接着できなかった。 Conventional infrared sensors are classified into thermal infrared sensors and quantum infrared sensors. A thermal infrared sensor is a sensor that uses infrared energy as heat, and the temperature of the sensor itself rises due to the infrared thermal energy, and the effects (resistance change, capacitance change, electromotive force, spontaneous polarization) due to the temperature rise. An element that converts an electrical signal. This thermal infrared sensor includes pyroelectric type (PZT, LiTaO 3 ), thermoelectromotive force type (thermopile, thermocouple), and conductive type (bolometer, thermistor), sensitivity does not depend on wavelength, and cooling is unnecessary. It is. Moreover, the response speed is slow and the detection capability is not so high. Further, since it is necessary to thermally separate the infrared detection portion and the peripheral portion, it is necessary to provide a gap between the infrared detection portion and the peripheral portion, and the above-described optical filter cannot be bonded to the infrared detection portion.

一方、量子型赤外線センサは、半導体に赤外線が照射されると、その光量子によって発生する電子や正孔を利用するセンサであり、光導電型(HgCdTeなど)や光起電力型(InAsなど)がある。この量子型赤外線センサは、感度の波長依存性があり、高感度で、応答速度が速いという特長があるが、冷却する必要があり、ペルチェ素子やスターリングクーラーなどの冷却機構とともに用いられるのが一般的であった。   On the other hand, a quantum infrared sensor is a sensor that uses electrons and holes generated by photons when an infrared ray is irradiated on a semiconductor. Photoconductive types (such as HgCdTe) and photovoltaic types (such as InAs) are available. is there. This quantum infrared sensor has the characteristics that the sensitivity depends on the wavelength, has high sensitivity, and has a high response speed. However, it needs to be cooled, and it is generally used with cooling mechanisms such as Peltier elements and Stirling coolers. It was the target.

特開2007−288168号公報JP 2007-288168 A 特開2006−058203号公報JP 2006-058203 A 特開2002−243544号公報JP 2002-243544 A 特開2001−249047号公報JP 2001-249047 A

このような従来の赤外線センサ素子では、上述したセンサ温度の大幅な変化に対応するため、缶パッケージを用いて、センサ素子の周辺に空隙を設け、更に真空化したり、熱伝導率の小さいガスを充填したり、又は熱容量の大きなヒートシンク部をつけたりして、熱的に検知部を遮断、安定化することによって、この現象を緩和させられる方法が取られている。しかしながら、これらの構成では、素子の形状を複雑化、大型化、重量を増加させるとともに、パッケージに高い工作精度を要求し、コストを上昇させる原因になっていた。   In such a conventional infrared sensor element, in order to cope with the significant change in the sensor temperature described above, a can package is used to provide a gap around the sensor element and further evacuate or use a gas having low thermal conductivity. A method has been adopted in which this phenomenon can be alleviated by filling or attaching a heat sink part having a large heat capacity to thermally shut off and stabilize the detection part. However, in these configurations, the shape of the element is complicated, increased in size, and increased in weight, and the package is required to have high working accuracy, which increases the cost.

また、缶パッケージを使用せずにモールド樹脂等のパッケージを使用したり、赤外線素子の表面上に直接フィルタをつけたものなども提案されているが、これらのものの場合、熱型の赤外線センサ素子を利用した場合には、熱的な分離が不充分なために測定する気体の温度や流量が大幅に変化した場合には、安定な測定が行えないという問題があった。   In addition, it has been proposed to use a package such as a mold resin without using a can package, or to attach a filter directly on the surface of the infrared element. In these cases, a thermal infrared sensor element is also proposed. However, there is a problem in that stable measurement cannot be performed when the temperature or flow rate of the gas to be measured changes significantly due to insufficient thermal separation.

また、従来の量子型赤外線センサを用いた場合、常温で安定に高い感度を得ることが出来ないため、素子を大型のヒートシンクで熱的に安定化させる方法や、ペルチェ素子や液体窒素で素子を冷却する方法が行われる。素子を冷却することによる結露を防ぐためと、外部への熱伝導を抑えるためにXe、Ne等の熱伝導率の低いガスで封入する等の目的で、熱型赤外線センサと同様に缶パッケージが使用される。そのため、素子の大型化や形状の複雑化、パッケージに高い工作精度を要求するため、コストを上昇させるという問題があった。   In addition, when a conventional quantum infrared sensor is used, high sensitivity cannot be obtained stably at room temperature. Therefore, a method of thermally stabilizing the element with a large heat sink, a Peltier element, or liquid nitrogen A method of cooling is performed. In order to prevent dew condensation due to cooling of the element and to enclose with a gas having low thermal conductivity such as Xe or Ne in order to suppress heat conduction to the outside, a can package is formed like a thermal infrared sensor. used. For this reason, there has been a problem that the cost is increased in order to increase the size and complexity of the element and to require high working accuracy for the package.

本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、小型でかつ簡便なセンサ形状を有し、測定ガスの流量変化や温度変化などの外乱変化に対して安定して測定することができるようにした赤外線センサの製造方法及び赤外線センサ並びに量子型赤外線ガス濃度計を提供することにある。   The present invention has been made in view of such problems, and its object is to have a small and simple sensor shape and to be stable against disturbance changes such as changes in the flow rate and temperature of the measurement gas. It is an object of the present invention to provide an infrared sensor manufacturing method, an infrared sensor, and a quantum infrared gas concentration meter that can be measured in this manner.

本発明は、このような目的を達成するためになされたもので、本発明の一態様は、複数の量子型センサ素子が形成されるウェハの第1の主面と対向する前記ウェハの第2の主面の全面に、前記量子型センサ素子の赤外線吸収部を避けて周辺部に形成された接着材を介して光学フィルタを被着するフィルタリング工程と、前記ウェハを切り離して複数の前記量子型センサ素子を形成する第1のダイシング工程と、該第1のダイシング工程により切り離された前記量子型センサ素子をリードフレームと支持基材とで形成される凹部内に前記ウェハの第1の主面側が露出し、前記光学フィルタが前記支持基材と接するように搭載するダイボンド工程と、前記ウェハの第1の主面に形成された量子型センサ素子と前記リードフレームとをワイヤにより前記凹部内で収納接続するワイヤボンド工程と、前記凹部を前記ウェハの第2の主面側に形成された光学フィルタ面を除いて樹脂でモールドするモールド工程と、前記量子型センサ素子と前記リードフレームを個片化する第2のダイシング工程と、をこの順で実行するように有し、前記センサ素子と前記光学フィルタとを一体的に形成することを特徴とする赤外線センサの製造方法である。(実施例1)
また、本発明の別の態様は、前記リードフレームが、前記凹部を形成するリードフレームの側面に段差部を有し、前記ワイヤボンド工程が、前記ウェハの第1の主面に形成された量子型センサ素子と前記リードフレームの前記段差部とをワイヤにより前記凹部内で収納接続する、上記の赤外線センサの製造方法である。
The present invention has been made in order to achieve such an object, and one aspect of the present invention is the second of the wafer facing the first main surface of the wafer on which a plurality of quantum sensor elements are formed. A filtering step of attaching an optical filter to the entire main surface of the quantum sensor element through an adhesive formed on the periphery avoiding the infrared absorbing portion of the quantum sensor element, and separating the wafer into a plurality of the quantum types a first dicing step of forming a sensor element, the quantum type sensor elements, separated by the first dicing step, in a recess formed in the lead frame and the supporting substrate, a first of said wafer major surface is exposed, the die bonding step of the optical filter is mounted in contact with the supporting substrate, a first formed on a main surface quantum type sensor elements of said wafer and said lead frame to wire Ri and wire bonding step of receiving connection in said recess, and a molding step of molding at front Ki凹 portion except for the second optical filter surface formed on the main surface of the wafer resin, the quantum type sensor element And a second dicing step for separating the lead frame into pieces, and the sensor element and the optical filter are integrally formed. Is the method. Example 1
In another aspect of the present invention, the lead frame has a step portion on a side surface of the lead frame forming the recess, and the wire bonding step is performed on the quantum surface formed on the first main surface of the wafer. In the infrared sensor manufacturing method, the mold sensor element and the stepped portion of the lead frame are housed and connected in the recess by a wire.

また、本発明の別の態様は、上記の赤外線センサの製造方法により製造される赤外線センサである。(実施例2) Another aspect of the present invention is an infrared sensor manufactured by the above-described method for manufacturing an infrared sensor. (Example 2)

また、本発明の別の態様は、測定対象ガスの流路を構成するサンプルセル内の一端に赤外線光源を配置するとともに、前記サンプルセル内の他端に、上記の赤外線センサを配置したことを特徴とする量子型赤外線ガス濃度計である。(実施例3) Another aspect of the present invention is that an infrared light source is arranged at one end in a sample cell that constitutes a flow path of a gas to be measured, and the infrared sensor is arranged at the other end in the sample cell. It is a featured quantum infrared gas concentration meter. Example 3

本発明によれば、ウェハを切り離して複数の前記センサ素子を形成する第1のダイシング工程と、この第1のダイシング工程により切り離されたセンサ素子をリードフレームに搭載し、ワイヤとともに樹脂モールドされたセンサ素子とリードフレームを個片化する第2のダイシング工程と、第1又は第2のダイシング工程の前段において、センサ素子の受光面に光学フィルタを形成するフィルタリング工程とを有するので、小型でかつ簡便なセンサ形状を有し、測定ガスの流量変化や温度変化などの外乱変化に対して安定して測定することができるようにした赤外線センサの製造方法及び赤外線センサ並びに量子型赤外線ガス濃度計を提供することが可能である。   According to the present invention, the first dicing process for separating the wafer to form the plurality of sensor elements, and the sensor elements separated by the first dicing process are mounted on the lead frame and resin-molded together with the wires. The second dicing step for separating the sensor element and the lead frame into individual pieces, and the filtering step for forming an optical filter on the light receiving surface of the sensor element in the previous stage of the first or second dicing step, are small and An infrared sensor manufacturing method, an infrared sensor, and a quantum infrared gas concentration meter having a simple sensor shape and capable of stably measuring changes in disturbance such as a change in flow rate and temperature of a measurement gas It is possible to provide.

(a)乃至(c)は、本発明の赤外線センサの製造方法の実施例1を説明するための工程図(その1)である。(A) thru | or (c) are process drawings (the 1) for demonstrating Example 1 of the manufacturing method of the infrared sensor of this invention. (a)乃至(c)は、本発明の赤外線センサの製造方法の実施例1を説明するための工程図(その2)である。(A) thru | or (c) are process drawings (the 2) for demonstrating Example 1 of the manufacturing method of the infrared sensor of this invention. (a)乃至(c)は、本発明の赤外線センサの製造方法の実施例2を説明するための工程図(その1)である。(A) thru | or (c) are process drawings (the 1) for demonstrating Example 2 of the manufacturing method of the infrared sensor of this invention. (a)乃至(d)は、本発明の赤外線センサの製造方法の実施例2を説明するための工程図(その2)である。(A) thru | or (d) are process drawings (the 2) for demonstrating Example 2 of the manufacturing method of the infrared sensor of this invention. 本発明の赤外線センサを用いた量子型赤外線ガス濃度計(実施例3)を説明するための赤外線センサの感度スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the sensitivity spectrum of the infrared sensor for demonstrating the quantum type infrared gas concentration meter (Example 3) using the infrared sensor of this invention. 本発明の赤外線センサを用いた量子型赤外線ガス濃度計(実施例3)を説明するためのセンサ感度域の各種ガス赤外線透過スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the various gas infrared transmission spectrums of the sensor sensitivity range for demonstrating the quantum type infrared gas concentration meter (Example 3) using the infrared sensor of this invention. 本発明に係る量子型赤外線ガス濃度計(実施例3)を説明するために構成図である。It is a block diagram in order to demonstrate the quantum type infrared gas concentration meter (Example 3) which concerns on this invention. 本発明の赤外線センサを用いた量子型赤外線ガス濃度計(実施例3)を説明するためのNDIR法によるCO2濃度定量の例を示した図である。By NDIR method for describing a quantum infrared gas concentration meter using the infrared sensor of the present invention (Example 3) is a diagram showing an example of a CO 2 concentration quantitatively. 本発明の赤外線センサを用いた人感センサ(実施例4)について説明するための発熱体の温度の違いによる光スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the optical spectrum by the difference in the temperature of a heat generating body for demonstrating the human sensitive sensor (Example 4) using the infrared sensor of this invention. 本発明の赤外線センサを用いた量子型赤外線ガス濃度計(実施例3)について、2波長一体で樹脂モールドした例を示した図である。It is the figure which showed the example which resin-molded two wavelengths integrally about the quantum type infrared gas concentration meter (Example 3) using the infrared sensor of this invention. 本発明の赤外線センサを用いた量子型赤外線ガス濃度計(実施例3)について、4波長一体で樹脂モールドした例を示した図である。It is the figure which showed the example which resin-molded four wavelengths integrally about the quantum type infrared gas concentration meter (Example 3) using the infrared sensor of this invention. 本発明に係る赤外線センサの実施例1及び後述する各実施例に用いられる量子型センサ素子の具体的な構成図である。It is a specific block diagram of the quantum type sensor element used for Example 1 of the infrared sensor which concerns on this invention, and each Example mentioned later. 実施例1におけるセンサ素子部の接着層を説明するための上面図である。3 is a top view for explaining an adhesive layer of a sensor element unit in Example 1. FIG. 図13に示した接着層に切り欠き部を設けた実施例を説明するための上面図であり、(a)は、赤外線吸収部114の外周部の接着層の中間部に切り欠き部112aを設けた場合を示し、(b)は、外周部の接着層のコーナー部に切り欠き部112aを設けた場合を示している。FIG. 14 is a top view for explaining an embodiment in which a cutout portion is provided in the adhesive layer shown in FIG. 13, and (a) shows a cutout portion 112 a at an intermediate portion of the adhesive layer on the outer peripheral portion of the infrared absorbing portion 114. The case where it provided is shown, (b) has shown the case where the notch part 112a is provided in the corner part of the contact bonding layer of an outer peripheral part. 実施例2におけるセンサ素子部の接着層を説明するための上面図である。10 is a top view for explaining an adhesive layer of a sensor element unit in Example 2. FIG.

以下、図面を参照して本発明の各実施例について説明する。
<実施例1>
図1(a)乃至(c)及び図2(a)乃至(c)は、本発明の赤外線センサの製造方法の実施例1を説明するための工程図である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
<Example 1>
FIGS. 1A to 1C and FIGS. 2A to 2C are process diagrams for explaining Example 1 of the manufacturing method of the infrared sensor of the present invention.

本発明の実施例1に係る赤外線センサ18の製造方法は、センサ素子13の受光面13aに光学フィルタ12を形成する赤外線センサ18の製造方法であって、光学フィルタ12付きのウェハ10を切り離して複数のセンサ素子13を形成する第1のダイシング工程と、この第1のダイシング工程により切り離されたセンサ素子13をリードフレーム14に搭載し、ワイヤ16とともに樹脂17によりモールドされたセンサ素子13とリードフレーム14を個片化する第2のダイシング工程と、第1のダイシング工程の前段において、センサ素子13の受光面13aに光学フィルタ12を形成するフィルタリング工程とを有し、センサ素子13に光学フィルタ12を直接一体的に形成するものである。   The manufacturing method of the infrared sensor 18 according to the first embodiment of the present invention is a manufacturing method of the infrared sensor 18 in which the optical filter 12 is formed on the light receiving surface 13a of the sensor element 13, and the wafer 10 with the optical filter 12 is separated. A first dicing process for forming a plurality of sensor elements 13, and the sensor elements 13 separated by the first dicing process are mounted on a lead frame 14, and the sensor elements 13 and leads molded with a resin 17 together with wires 16 A second dicing step for dividing the frame 14 into pieces, and a filtering step for forming the optical filter 12 on the light receiving surface 13a of the sensor element 13 before the first dicing step. 12 is formed directly and integrally.

まず、ウェハ基板11の裏面に接着剤を介して光学フィルタ12を被着してウェハ10を形成する(図1(a);フィルタリング工程)。次に、ウェハ10を切り離して複数の光学フィルタ12付きセンサ素子13を形成する(図1(a);第1のダイシング工程)。次に、この第1のダイシング工程により切り離されたセンサ素子13をリードフレーム14の凹部15内に整列し、この凹部15内にセンサ素子13の受光面13aを下向きにして収納するように搭載する(図1(b);ダイボンド工程)。次に、このダイボンド工程により凹部15に収納されたセンサ素子13とリードフレーム14とをワイヤ16により凹部15内で収納接続する(図1(c);ワイヤボンド工程)。   First, the optical filter 12 is attached to the back surface of the wafer substrate 11 through an adhesive to form the wafer 10 (FIG. 1A; filtering process). Next, the wafer 10 is separated to form a plurality of sensor elements 13 with optical filters 12 (FIG. 1A; first dicing step). Next, the sensor element 13 separated by the first dicing process is aligned in the recess 15 of the lead frame 14 and mounted so that the light receiving surface 13a of the sensor element 13 faces downward in the recess 15. (FIG. 1 (b); die bonding step). Next, the sensor element 13 and the lead frame 14 accommodated in the recess 15 by the die bonding process are accommodated and connected in the recess 15 by the wire 16 (FIG. 1C; wire bonding process).

次に、このワイヤボンド工程によるワイヤボンドが施されたセンサ素子13の受光面13aを除いて凹部15内を樹脂17によりモールドする(図2(a);モールド工程)。次に、ワイヤ16とともに樹脂17によりモールドされたセンサ素子13とリードフレーム14を個片化する(図2(b);第2のダイシング工程)。   Next, the inside of the recess 15 is molded with the resin 17 except for the light receiving surface 13a of the sensor element 13 to which the wire bonding is performed in this wire bonding process (FIG. 2A; molding process). Next, the sensor element 13 and the lead frame 14 molded with the resin 17 together with the wire 16 are separated into individual pieces (FIG. 2B; second dicing step).

このように、本発明の実施例1に係る赤外線センサの製造方法は、第1のダイシング工程の前段において、ウェハ基板11上に接着剤を介して光学フィルタ12を被着するもので、この図1(a)に示すようなフィルタリング工程及び第1のダイシング工程と、図1(b)に示すようなダイボンド工程と、図1(c)に示すようなワイヤボンド工程と、図2(a)に示すようなモールド工程と、図2(b)に示すような第2のダイシング工程とを経て、図2(c)に示すような赤外線センサ18が完成する。つまり、この実施例1によって完成された赤外線センサ18は、センサ素子13の受光面13aのみに光学フィルタ12が直接設けられている。   As described above, the manufacturing method of the infrared sensor according to the first embodiment of the present invention attaches the optical filter 12 to the wafer substrate 11 via the adhesive in the first stage of the first dicing process. 1 (a), a filtering process and a first dicing process, a die bonding process as shown in FIG. 1 (b), a wire bonding process as shown in FIG. 1 (c), and FIG. 2 (a). Through the molding process as shown in FIG. 2 and the second dicing process as shown in FIG. 2B, the infrared sensor 18 as shown in FIG. 2C is completed. That is, in the infrared sensor 18 completed according to the first embodiment, the optical filter 12 is directly provided only on the light receiving surface 13 a of the sensor element 13.

上述した図1(a)に示したフィルタリング工程における光学フィルタは、赤外光を選択的に透過する機能を有するものであればよい。この光学フィルタの例としては、光学部材と、この光学部材上に多層で形成された薄膜とで、長波長又は短波長、又はその両方の波長の赤外線を透過させない機能を有するものであり、これらの透過機能を組み合わせて結果的に、特定の波長の赤外線のみを透過させる機能を有する光学フィルタである。   The optical filter in the filtering process shown in FIG. 1A described above may be any filter having a function of selectively transmitting infrared light. As an example of this optical filter, an optical member and a thin film formed in multiple layers on this optical member have a function of not transmitting infrared rays having a long wavelength, a short wavelength, or both, and these As a result, the optical filter has a function of transmitting only infrared rays having a specific wavelength.

この光学フィルタは、特定の波長の赤外線のみを透過させる機能を1枚で行っても良いし、場合によっては複数枚を使用することもできる。また、この光学部材の材料としては、シリコン(Si),硝子(SiO2),サファイヤ(Al23),Ge,ZnS,ZnSe,CaF2,BaF2などの所定の赤外線が透過する材料が用いられ、また、これに蒸着される薄膜材料としては、シリコン(Si),硝子(SiO2),サファイヤ(Al23),Ge,ZnS,TiO2,MgF2,SiO2,ZrO2,Ta25などが使用される。また、光学部材上に異なる屈折率を有する誘電体を層状に積層した誘電体多層膜フィルタは、表面、裏面異なる所定の厚み構成で両面に作られていてもよいし、また、片面のみに形成されていてもよい。また、不要な反射を防止する目的で反射防止膜が表面、裏面の両面、又は片面の最表層に形成されていても構わない。 This optical filter may perform a function of transmitting only infrared rays having a specific wavelength, or may use a plurality of sheets depending on circumstances. In addition, as a material of the optical member, a material that transmits predetermined infrared rays such as silicon (Si), glass (SiO 2 ), sapphire (Al 2 O 3 ), Ge, ZnS, ZnSe, CaF 2 , and BaF 2 is used. In addition, as a thin film material to be deposited on this, silicon (Si), glass (SiO 2 ), sapphire (Al 2 O 3 ), Ge, ZnS, TiO 2 , MgF 2 , SiO 2 , ZrO 2 , Ta 2 O 5 or the like is used. In addition, the dielectric multilayer filter in which dielectrics having different refractive indexes are laminated in layers on the optical member may be formed on both sides with a predetermined thickness configuration different on the front and back sides, or formed only on one side. May be. Further, for the purpose of preventing unnecessary reflection, an antireflection film may be formed on the front surface, both surfaces on the back surface, or the outermost layer on one surface.

また、ウェハ基板11の表面に光学フィルタ12を被着するための接着剤としては、ポリイミド系、ポリエチレン系、エポキシ系、アクリル系、ゴム系などがある。光学フィルタの透過帯域と接着剤の吸収帯域が異なる接着剤が好適である。 また、センサ素子13としては、量子型センサ素子であることが望ましい。この量子型センサ素子は、光学フィルタ12を透過した赤外光を常温で検出することのできる量子型センサ素子であり、光起電力型、光導電効果型、光電子放出効果型等の形式があり、本発明にはこれらのいずれの形式も使用できるが、光電子放出効果型は、高真空等の特殊な環境が必要であり装置自体やセンサ素子が大きくなるという問題があり、光導電効果型ではセンサ素子自信に電流を通電させるため、ノイズが大きくなる欠点があり、常温では高感度で測定することが難しい。したがって、好適には光起電力型が最も好ましい。   Examples of the adhesive for attaching the optical filter 12 to the surface of the wafer substrate 11 include polyimide, polyethylene, epoxy, acrylic, and rubber. An adhesive having a transmission band different from that of the optical filter and an absorption band of the adhesive is preferable. The sensor element 13 is preferably a quantum sensor element. This quantum type sensor element is a quantum type sensor element that can detect infrared light transmitted through the optical filter 12 at room temperature, and includes a photovoltaic type, a photoconductive effect type, a photoelectron emission effect type, and the like. Any of these types can be used in the present invention. However, the photoelectron emission effect type requires a special environment such as high vacuum, and there is a problem that the device itself and the sensor element become large. Since the current is passed through the sensor element itself, there is a drawback that noise increases, and it is difficult to measure with high sensitivity at room temperature. Therefore, the photovoltaic type is preferred most preferably.

また、光学フィルタを透過した赤外線を常温で検出することのできる量子型赤外線センサは、基板上に赤外線によって光起電力効果を生じるフォトダイオード構造を有する受光部を形成したものである。この基板には、単結晶のSi基板、ガラス基板、又はGaAs基板などを使用することが可能であるが、ここでは一例として半絶縁性のGaAs基板を使用する。   In addition, a quantum infrared sensor capable of detecting infrared light transmitted through an optical filter at room temperature has a light receiving portion having a photodiode structure that generates a photovoltaic effect by infrared light on a substrate. As this substrate, a single crystal Si substrate, a glass substrate, a GaAs substrate, or the like can be used. Here, a semi-insulating GaAs substrate is used as an example.

また、センサ素子は、赤外線の光量子(フォトン)によって受光面が励起され、この励起によって受光面の電気的性質が変化する量子型のセンサ素子である。このセンサ素子では、その受光面での光電変換によって赤外線エネルギーが電気エネルギーに変換される。量子型であるため、センサ素子の赤外線検出感度は、このセンサ素子及びその周辺の熱容量にほとんど影響されない。   The sensor element is a quantum sensor element in which the light receiving surface is excited by infrared photons (photons), and the electrical properties of the light receiving surface are changed by this excitation. In this sensor element, infrared energy is converted into electric energy by photoelectric conversion on the light receiving surface. Because of the quantum type, the infrared detection sensitivity of the sensor element is hardly affected by the heat capacity of the sensor element and its surroundings.

また、センサ素子の受光面は、例えば、InAsxSb1−x(0≦x≦1)で構成されており、波長1〜11μm程度までの赤外線を効率良く光電変換することができるようになっている。センサ素子は、例えば、半絶縁性GaAs基板上に形成されたInSb系の量子型PINフォトダイオードで構成されている。   In addition, the light receiving surface of the sensor element is made of, for example, InAsxSb1-x (0 ≦ x ≦ 1) and can efficiently photoelectrically convert infrared rays having a wavelength of about 1 to 11 μm. The sensor element is composed of, for example, an InSb quantum PIN photodiode formed on a semi-insulating GaAs substrate.

また、このInSb系の量子型PINフォトダイオードは、基板と、この基板上に形成されたn型のInSb層(コンタクト層)と、このn型のInSb層上に形成されたp型ドープされたInSb層(吸収層)と、このp型ドープされたInSb層上に形成されたp型のAlInSb層(バリア層)と、このp型のAlInSb層上に形成されたp型のInSb層(コンタクト層)とを備えてもよい。   The InSb quantum PIN photodiode is doped with a substrate, an n-type InSb layer (contact layer) formed on the substrate, and a p-type doped layer formed on the n-type InSb layer. An InSb layer (absorption layer), a p-type AlInSb layer (barrier layer) formed on the p-type doped InSb layer, and a p-type InSb layer (contact) formed on the p-type AlInSb layer Layer).

センサ素子では、各PINフォトダイオードは接続配線によって直列に接続されている。基板の裏面(すなわち、PINフォトダイオードが形成されている面の反対)側から赤外線が入射すると、その赤外線輻射量に応じた光起電力がPINフォトダイオードで発生し、接続配線を通ってセンサ素子の外へ出力されるようになっている。   In the sensor element, the PIN photodiodes are connected in series by connection wiring. When infrared light is incident from the back side of the substrate (that is, opposite to the surface on which the PIN photodiode is formed), a photoelectromotive force corresponding to the amount of infrared radiation is generated in the PIN photodiode and passes through the connection wiring to form a sensor element. It is designed to be output outside of.

常温で動作する量子型センサ素子は、従来一般に用いられるサーモパイルなどの熱起電力型の素子よりも高い感度であり、シグナルあたりのノイズ量、すなわち、SN比もそれらよりも良好である。また、この量子型センサ素子は、その組み立て成型時に表面実装可能な形状とすることも可能である。   A quantum sensor element operating at room temperature has higher sensitivity than a thermoelectromotive element such as a thermopile that is generally used conventionally, and the noise amount per signal, that is, the SN ratio is also better than those. In addition, the quantum sensor element can be formed into a shape that can be surface-mounted during assembly.

図12は、本発明に係る赤外線センサの実施例1及び後述する各実施例に用いられる量子型センサ素子の具体的な構成図である。量子型センサ素子103はセンサ素子部103aを有し、このセンサ素子部103aは、基板105上に設けられた第1のコンタクト層106と、この第1のコンタクト層106上に設けられた吸収層107と、この吸収層107上に設けられたバリア層108と、このバリア層108上に設けられた第2のコンタクト層109と、この第2のコンタクト層109上に設けられた第2の素子部電極111bと、第1のコンタクト層106と吸収層107とバリア層108と第2のコンタクト層109に隣接して設けられたパッシベーション層110と、このパッシベーション層110を介して基板105上に設けられた第1の素子部電極111aとを備えている。なお、接着層112と光学フィルタ113とは、本発明にかかるセンサ素子部103aに含まないものとする。   FIG. 12 is a specific configuration diagram of a quantum sensor element used in Example 1 of the infrared sensor according to the present invention and each Example described later. The quantum sensor element 103 includes a sensor element portion 103a. The sensor element portion 103a includes a first contact layer 106 provided on the substrate 105 and an absorption layer provided on the first contact layer 106. 107, a barrier layer 108 provided on the absorption layer 107, a second contact layer 109 provided on the barrier layer 108, and a second element provided on the second contact layer 109 A partial electrode 111 b, a first contact layer 106, an absorption layer 107, a barrier layer 108, a passivation layer 110 provided adjacent to the second contact layer 109, and a substrate 105 provided via the passivation layer 110. The first element portion electrode 111a is provided. Note that the adhesive layer 112 and the optical filter 113 are not included in the sensor element portion 103a according to the present invention.

つまり、センサ素子部103aの受光面を除いた全体は、モールド樹脂101で覆われ、センサ素子部103aの両側には、センサ信号を取り出すためのセンサ電極端子102a,102bが設けられている。さらに、センサ素子部103aを構成する第1の素子部電極111aと第2の素子部電極111bに接続され、基板105上に形成されたパッド電極104a,104bは、ワイヤーボンディング115によりセンサ電極端子102a,102bと電気的に接続されている。   That is, the entire sensor element portion 103a excluding the light receiving surface is covered with the mold resin 101, and sensor electrode terminals 102a and 102b for taking out sensor signals are provided on both sides of the sensor element portion 103a. Further, the pad electrodes 104a and 104b connected to the first element part electrode 111a and the second element part electrode 111b constituting the sensor element part 103a and formed on the substrate 105 are connected to the sensor electrode terminal 102a by wire bonding 115. , 102b.

さらに、センサ素子部103aをより詳細に説明する。例えば、半絶縁性GaAs基板105上にn型のInSbコンタクト層106と、π型のInSb吸収層107と、p型のAlInSbバリア層108と、p型のInSbコンタクト層109が形成され、n型のInSbコンタクト層106は、一方のパッド電極104aに素子部電極111aで電気的に接続され、さらに、p型のInSbコンタクト層109は、他方のパッド電極104bに第2の素子部電極111bで電気的に接続されている。   Further, the sensor element unit 103a will be described in more detail. For example, an n-type InSb contact layer 106, a π-type InSb absorption layer 107, a p-type AlInSb barrier layer 108, and a p-type InSb contact layer 109 are formed on a semi-insulating GaAs substrate 105, and the n-type InSb contact layer 109 is formed. The InSb contact layer 106 is electrically connected to one pad electrode 104a by the element part electrode 111a, and the p-type InSb contact layer 109 is electrically connected to the other pad electrode 104b by the second element part electrode 111b. Connected.

センサ素子部103aを構成する半導体薄膜の材料は、上述した例に限定されるものではない。また、センサ素子部は、上述した1組の103aで構成した例に限定されるものではなく、基板上に直列または並列に複数組接続してあっても同じである。   The material of the semiconductor thin film that constitutes the sensor element portion 103a is not limited to the above-described example. In addition, the sensor element unit is not limited to the example configured with the above-described one set 103a, and the same may be applied even when a plurality of sets are connected in series or in parallel on the substrate.

<実施例2>
図3(a)乃至(c)及び図4(a)乃至(d)は、本発明の赤外線センサの製造方法の実施例2を説明するための工程図である。
<Example 2>
3 (a) to 3 (c) and FIGS. 4 (a) to 4 (d) are process diagrams for explaining Example 2 of the manufacturing method of the infrared sensor of the present invention.

本発明の実施例2に係る赤外線センサ27の製造方法は、センサ素子21の受光面21aに光学フィルタ26を形成する赤外線センサ27の製造方法であって、ウェハ20を切り離して複数のセンサ素子21を形成する第1のダイシング工程と、この第1のダイシング工程により切り離されたセンサ素子21をリードフレーム22上に搭載し、ワイヤ24とともに樹脂25によりモールドされたセンサ素子21とリードフレーム22を個片化する第2のダイシング工程と、第2のダイシング工程の前段において、センサ素子21の受光面21aに光学フィルタ26を形成するフィルタリング工程とを有し、センサ素子21と光学フィルタ26を、樹脂25を介して一体的に形成するものである。   The manufacturing method of the infrared sensor 27 according to the second embodiment of the present invention is a manufacturing method of the infrared sensor 27 in which the optical filter 26 is formed on the light receiving surface 21 a of the sensor element 21, and the plurality of sensor elements 21 are separated by separating the wafer 20. The first dicing process for forming the sensor element 21 and the sensor element 21 separated by the first dicing process are mounted on the lead frame 22, and the sensor element 21 and the lead frame 22 molded by the resin 25 together with the wire 24 are individually provided. A second dicing step for singulation, and a filtering step for forming an optical filter 26 on the light receiving surface 21a of the sensor element 21 in the previous stage of the second dicing step. 25 is formed integrally.

まず、ウェハ20を切り離してセンサ素子21を形成する(図3(a);第1のダイシング工程)。次に、この第1のダイシング工程により切り離されたセンサ素子21をリードフレーム22の凹部23内に整列し、この凹部23内にセンサ素子21の受光面21aを下向きにして収納するように搭載する(図3(b);ダイボンド工程)。次に、このダイボンド工程により凹部23に収納されたセンサ素子21とリードフレーム22とをワイヤ24により凹部23内で収納接続する(図3(c);ワイヤボンド工程)。   First, the wafer 20 is separated to form the sensor element 21 (FIG. 3A; first dicing step). Next, the sensor element 21 separated by the first dicing step is aligned in the recess 23 of the lead frame 22 and mounted so that the light receiving surface 21a of the sensor element 21 faces downward in the recess 23. (FIG. 3B; die bonding process). Next, the sensor element 21 and the lead frame 22 accommodated in the recess 23 by the die bonding process are accommodated and connected in the recess 23 by the wire 24 (FIG. 3C; wire bonding process).

次に、このワイヤボンド工程によるワイヤボンドが施されたセンサ素子21の受光面21aを除いて凹部23内を樹脂25によりモールドする(図4(a);モールド工程)。次に、モールド工程により形成されたモールド体を上下反転させて、センサ素子21の受光面21aを含めて樹脂25の表面とリードフレーム22の表面に光学フィルタ26を被着形成する(図4(b);フィルタリング工程)。次に、ワイヤ24とともに樹脂25によりモールドされたセンサ素子21とリードフレーム22と光学フィルタ26とを個片化する(図4(c);第2のダイシング工程)。   Next, the inside of the recess 23 is molded with the resin 25 except for the light receiving surface 21a of the sensor element 21 to which wire bonding is performed in this wire bonding process (FIG. 4A; molding process). Next, the mold body formed by the molding process is turned upside down, and the optical filter 26 is deposited on the surface of the resin 25 and the surface of the lead frame 22 including the light receiving surface 21a of the sensor element 21 (FIG. 4 ( b); Filtering step). Next, the sensor element 21, the lead frame 22, and the optical filter 26 molded with the resin 25 together with the wire 24 are separated into individual pieces (FIG. 4C; second dicing step).

このように、本発明の実施例2に係る赤外線センサの製造方法は、第2のダイシング工程の前段において、樹脂25の表面及びリードフレーム22の表面に接着剤を介して光学フィルタ26を被着するもので、図3(a)に示すような第1のダイシング工程と、図3(b)に示すようなダイボンド工程と、図3(c)に示すようなワイヤボンド工程と、図4(a)に示すようなモールド工程と、図4(b)に示すようなフィルタリング工程と、図4(c)に示すような第2のダイシング工程とを経て、図4(d)に示すような赤外線センサ27が完成する。つまり、この実施例2によって完成された赤外線センサ27は、樹脂25の表面及びリードフレーム22の表面の全体に亘って光学フィルタ26が被着され、樹脂25を介してセンサ素子21の受光面21aに光学フィルタ26が設けられものである。   As described above, in the method of manufacturing the infrared sensor according to the second embodiment of the present invention, the optical filter 26 is attached to the surface of the resin 25 and the surface of the lead frame 22 via the adhesive in the previous stage of the second dicing process. The first dicing step as shown in FIG. 3A, the die bonding step as shown in FIG. 3B, the wire bonding step as shown in FIG. 3C, and FIG. After a molding process as shown in a), a filtering process as shown in FIG. 4B, and a second dicing process as shown in FIG. 4C, as shown in FIG. 4D. The infrared sensor 27 is completed. That is, in the infrared sensor 27 completed in the second embodiment, the optical filter 26 is attached over the entire surface of the resin 25 and the surface of the lead frame 22, and the light receiving surface 21 a of the sensor element 21 is interposed via the resin 25. An optical filter 26 is provided.

なお、この実施例2における光学フィルタは、上述した実施例1における光学フィルタと同じものが使用される。また、樹脂層25の表面及びリードフレーム22の表面に光学フィルタ26を被着するための接着剤も、上述した実施例1の場合と同じ材料が用いられる。また、センサ素子21としては、量子型センサ素子であることが望ましい。この量子型センサ素子についても、上述した実施例1の場合と同様なものが用いられる。   In addition, the same optical filter in Example 2 as the optical filter in Example 1 mentioned above is used. Further, the same material as that used in the first embodiment is also used for the adhesive for attaching the optical filter 26 to the surface of the resin layer 25 and the surface of the lead frame 22. The sensor element 21 is preferably a quantum sensor element. Also for this quantum sensor element, the same one as in the first embodiment described above is used.

<実施例3>
次に、本発明の赤外線センサを用いた量子型赤外線ガス濃度計について説明する。
図5は、本発明の赤外線センサの感度スペクトルを示す図である。例えば、InSb系の量子型センサ素子の場合、赤外線波長1μmから8μmに感度帯域を有している。この帯域内に吸収を有する代表的なガスとして、二酸化炭素,一酸化炭素,窒素酸化物,硫黄酸化物,ホルムアルデヒドなどがあげられる。図6には、センサ感度域の各種ガス赤外線透過スペクトルを示している。吸収波長の赤外線量を実施例1及び実施例2によって製造された赤外線センサを用いて測定することにより、量子型赤外線ガス濃度計を実現することができる。
<Example 3>
Next, a quantum infrared gas concentration meter using the infrared sensor of the present invention will be described.
FIG. 5 is a diagram showing the sensitivity spectrum of the infrared sensor of the present invention. For example, an InSb-based quantum sensor element has a sensitivity band at an infrared wavelength of 1 μm to 8 μm. Typical gases having absorption in this zone include carbon dioxide, carbon monoxide, nitrogen oxides, sulfur oxides, formaldehyde and the like. FIG. 6 shows various gas infrared transmission spectra in the sensor sensitivity range. A quantum type infrared gas concentration meter can be realized by measuring the amount of infrared rays at the absorption wavelength using the infrared sensor manufactured in Example 1 and Example 2.

図7は、本発明に係る量子型赤外線ガス濃度計を説明するために構成図である。この量子型赤外線ガス濃度計は、1光源2波長比較NDIRガス濃度計で、量子型赤外線センサ32を備えている。この量子型赤外線センサ32は、複数の量子型赤外線センサ素子33a,33bからなり、複数の光学フィルタ34a,34bは、量子型赤外線センサ素子33a,33bに対して赤外線光源側に設けられ、各々異なる特定の波長帯域の赤外線を選択的に透過するもので、二酸化炭素の吸収特性に合わせた光学フィルタ34bと、参照光として例えば約3.9μm近傍の波長の赤外線を透過させる光学フィルタ34aで2波長を選択し、選択された赤外線は、それぞれ量子型赤外線センサ素子33aおよび33bにより検出される。この場合、測定された参照光の吸収特性との比較によって、光源30の劣化や、サンプルセル31の汚れ等による出力信号の経時変化を補正することができる。   FIG. 7 is a block diagram for explaining a quantum infrared gas concentration meter according to the present invention. This quantum infrared gas concentration meter is a one-light source / two-wavelength comparison NDIR gas concentration meter, and includes a quantum infrared sensor 32. The quantum infrared sensor 32 includes a plurality of quantum infrared sensor elements 33a and 33b. The plurality of optical filters 34a and 34b are provided on the infrared light source side with respect to the quantum infrared sensor elements 33a and 33b, and are different from each other. The optical filter 34b that selectively transmits infrared rays in a specific wavelength band, and has two wavelengths, that is, an optical filter 34b that matches the absorption characteristics of carbon dioxide and an optical filter 34a that transmits infrared rays having a wavelength of about 3.9 μm as reference light. The selected infrared rays are detected by the quantum infrared sensor elements 33a and 33b, respectively. In this case, a change with time of the output signal due to deterioration of the light source 30 or contamination of the sample cell 31 can be corrected by comparison with the measured absorption characteristic of the reference light.

つまり、図7に示した量子型赤外線ガス濃度計は、測定対象ガスの流路を構成するサンプルセル31内の一端に赤外線光源30を配置するとともに、サンプルセル31内の他端に本発明の量子型赤外線センサ32を配置したもので、例えば、二酸化炭素の吸収特性に合わせた一方のフィルタと、参照光としての波長の赤外線を透過させる他方のフィルタで2波長を選択し、選択された赤外線は、それぞれ赤外線センサにより検出される。図8は、本発明のNDIR法によるCO2濃度定量の例を示した図である。 That is, the quantum infrared gas concentration meter shown in FIG. 7 has the infrared light source 30 disposed at one end in the sample cell 31 constituting the flow path of the measurement target gas, and the other end in the sample cell 31 of the present invention. The quantum infrared sensor 32 is arranged, and for example, two wavelengths are selected by one filter that matches the absorption characteristic of carbon dioxide and the other filter that transmits infrared light having a wavelength as reference light. Are respectively detected by an infrared sensor. FIG. 8 is a diagram showing an example of CO 2 concentration determination by the NDIR method of the present invention.

また、それぞれの波長の光学フィルタを備えた実施例1及び2の赤外線センサをそれぞれ配置しても良いが、図10に示すように、実施例1のセンサ素子を2波長一体で樹脂モールドすることにより、小型、高感度、高速応答で、センサ間の温度差や受光量差を抑えた赤外線センサを実現することができる。   Moreover, although the infrared sensor of Example 1 and 2 provided with the optical filter of each wavelength may each be arrange | positioned, as shown in FIG. 10, the sensor element of Example 1 is resin-molded integrally with 2 wavelengths. As a result, an infrared sensor can be realized that is small in size, has high sensitivity, and has a high-speed response, and that suppresses the temperature difference between the sensors and the difference in the amount of received light.

また、図11に示すように、量子型赤外線センサ素子及び光学フィルタを4つ設けた量子型赤外線ガス濃度計を実現することができる。4つの光学フィルタは、赤外線光源からの参照光透過用の1つの光学フィルタと、参照光と各々異なる波長帯域透過用の3つの光学フィルタとからなり、3つの異なるガス種の濃度をそれぞれ測定することができる。実施例1のセンサ素子を用いれば1体で樹脂モールドした赤外線センサを実現できる。   As shown in FIG. 11, a quantum infrared gas concentration meter provided with four quantum infrared sensor elements and four optical filters can be realized. The four optical filters are composed of one optical filter for transmitting reference light from an infrared light source and three optical filters for transmitting wavelength bands different from the reference light, and measures the concentrations of three different gas types. be able to. If the sensor element of Example 1 is used, the infrared sensor which carried out resin molding by 1 body is realizable.

なお、複数センサを一体で樹脂モールドする場合、赤外線光量のモニターなどの目的のために、少なくとも一つはフィルタなしのものでも良い。   When a plurality of sensors are integrally molded with resin, at least one of them may be without a filter for the purpose of monitoring the amount of infrared light.

このように、本発明の実施例1,実施例2又は実施例3の構成により、小型でかつ簡便なセンサ形状を有し、測定ガスの流量変化や温度変化などの外乱変化に対して安定して測定することができるようにした非分散赤外吸収型(Non−Dispersive InfraRed)ガス濃度計用の量子型赤外線センサ及びそれを用いた量子型赤外線ガス濃度計を実現することができる。   As described above, the configuration of the first, second, or third embodiment of the present invention has a small and simple sensor shape, and is stable against disturbance changes such as a change in the flow rate of the measurement gas and a change in temperature. It is possible to realize a quantum infrared sensor for a non-dispersive infrared gas concentration meter and a quantum infrared gas concentration meter using the same.

本発明のNDIRガス濃度計は、以下のような演算により測定の対象となるガスのガス濃度の定量を行なうことができる。ランバートベール(Lambert−Beer)則によれば、ガス濃度cは、ガス吸収帯の入射光度Ig0、ガス吸収帯の透過光度Ig、吸光度係数ε、ガス路長Lとすると、以下のような式で表すことができる。   The NDIR gas concentration meter of the present invention can determine the gas concentration of the gas to be measured by the following calculation. According to the Lambert-Beer law, the gas concentration c is expressed by the following equation when the incident light intensity Ig0 of the gas absorption band, the transmitted light intensity Ig of the gas absorption band, the absorbance coefficient ε, and the gas path length L are as follows. Can be represented.

Figure 0005636557
Figure 0005636557

ガス吸収帯の入射光度Ig0は、吸収のない波長帯の透過光度Ibに比例するので、比例係数をαとすると、   Since the incident light intensity Ig0 in the gas absorption band is proportional to the transmitted light intensity Ib in the wavelength band without absorption, if the proportionality coefficient is α,

Figure 0005636557
Figure 0005636557

したがって、ガスの吸収帯の透過光量とガスの吸収のない波長帯の透過光量を用いて、ガスの濃度の定量が以下のような式によって求められる。   Therefore, using the amount of transmitted light in the gas absorption band and the amount of transmitted light in the wavelength band without gas absorption, the gas concentration can be determined by the following equation.

Figure 0005636557
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<実施例4>
次に、本発明の赤外線センサを用いた人感センサについて説明する。
図9は、発熱体の温度の違いによる光スペクトルを示す図である。人間は、10μmをピークに4μmから20μmの赤外線を放射している。一方、室内の天井などに設置されている白熱灯は、1μm付近にピークを持つ赤外線を放射している。5μmより長波長を透過する光学フィルタを用いた場合、白熱灯などの外乱光による赤外線の影響を低減させ、人間による赤外線量の変化を検出することができる。このように、実施例1及び実施例2によって、5μmより長波長を透過する光学フィルタで製造された赤外線センサを用いることにより、小型、高感度、高速応答で、白熱灯などの外乱光による誤動作を抑えた小型の人感センサを実現することができる。
<Example 4>
Next, a human sensor using the infrared sensor of the present invention will be described.
FIG. 9 is a diagram illustrating an optical spectrum according to a difference in temperature of the heating element. Humans emit infrared rays of 4 μm to 20 μm with a peak of 10 μm. On the other hand, incandescent lamps installed on the ceiling of a room emit infrared rays having a peak near 1 μm. When an optical filter that transmits a wavelength longer than 5 μm is used, the influence of infrared rays caused by ambient light such as an incandescent lamp can be reduced, and a change in the amount of infrared rays by a human can be detected. As described above, by using the infrared sensor manufactured by the optical filter that transmits a wavelength longer than 5 μm according to Example 1 and Example 2, the malfunction is caused by disturbance light such as an incandescent lamp with small size, high sensitivity, and high speed response. It is possible to realize a small human sensor that suppresses the above.

<実施例5>
次に、本発明の赤外線センサを用いた炎センサについて説明する。
炎中の二酸化炭素の共鳴放射スペクトルは、4.3μmにピークを持ち、他の放射を比較するための帯域の赤外線強度と比較することにより、精度良い火災検知ができることが知られている(例えば、特許文献4参照)。
<Example 5>
Next, a flame sensor using the infrared sensor of the present invention will be described.
The resonance emission spectrum of carbon dioxide in a flame has a peak at 4.3 μm, and it is known that a fire can be detected with high accuracy by comparing with the infrared intensity of a band for comparing other emission (for example, , See Patent Document 4).

実施例1及び実施例2によって製造された赤外線センサを用いて、該当波長の光学フィルタを用いることにより、小型、高感度、高速応答で、誤動作を抑えた小型の炎センサを実現することができる。   By using the optical filter of the corresponding wavelength using the infrared sensor manufactured according to Example 1 and Example 2, it is possible to realize a small flame sensor with a small size, high sensitivity, high speed response, and suppressed malfunction. .

<実施例6>
本発明の実施例6に係る赤外線センサ18の製造方法は、センサ素子13の受光面13aに光学フィルタ12を形成する赤外線センサ18の製造方法であって、光学フィルタ12付きのウェハ10を切り離して複数のセンサ素子13を形成する第1のダイシング工程と、この第1のダイシング工程により切り離されたセンサ素子13をリードフレーム14に搭載し、ワイヤ16とともに樹脂17によりモールドされたセンサ素子13とリードフレーム14を個片化する第2のダイシング工程と、第1のダイシング工程の前段において、センサ素子13の受光面13aに光学フィルタ12を形成するフィルタリング工程と、このフィルタリング工程が、センサ素子の赤外線吸収部(後述する図13の符号114)を避けて形成した接着層(後述する図13の符号112)を有し、センサ素子13に光学フィルタ12を直接一体的に形成するものである。
<Example 6>
The manufacturing method of the infrared sensor 18 according to the sixth embodiment of the present invention is a manufacturing method of the infrared sensor 18 in which the optical filter 12 is formed on the light receiving surface 13a of the sensor element 13, and the wafer 10 with the optical filter 12 is separated. A first dicing process for forming a plurality of sensor elements 13, and the sensor elements 13 separated by the first dicing process are mounted on a lead frame 14, and the sensor elements 13 and leads molded with a resin 17 together with wires 16 A second dicing step for dividing the frame 14 into pieces, a filtering step for forming the optical filter 12 on the light receiving surface 13a of the sensor element 13 in the previous stage of the first dicing step, Adhesive layer (described later) formed avoiding the absorbing portion (reference numeral 114 in FIG. 13 described later) That has a sign 112) in FIG. 13, it is to directly integrally forming the optical filter 12 to the sensor element 13.

赤外線吸収部を避けて形成した接着層を介して前記光学フィルタを被着しているので、小型でかつ簡便なセンサ形状を有し、接着層による赤外線の減衰を無くし、測定ガスの流量変化や温度変化などの外乱変化に対して安定して測定することができる。   Since the optical filter is attached through an adhesive layer formed avoiding the infrared absorbing portion, it has a small and simple sensor shape, eliminates infrared attenuation by the adhesive layer, changes the flow rate of the measurement gas, It can be stably measured against disturbance changes such as temperature changes.

まず、ウェハ基板11の裏面に赤外線吸収部を避けて形成した接着層を介して光学フィルタ12を被着してウェハ10を形成する(図1(a);フィルタリング工程)。次に、ウェハ10を切り離して複数の光学フィルタ12付きセンサ素子13を形成する(図1(a);第1のダイシング工程)。次に、この第1のダイシング工程により切り離されたセンサ素子13をリードフレーム14の凹部15内に整列し、この凹部15内にセンサ素子13の受光面13aを下向きにして収納するように搭載する(図1(b);ダイボンド工程)。次に、このダイボンド工程により凹部15に収納されたセンサ素子13とリードフレーム14とをワイヤ16により凹部15内で収納接続する(図1(c);ワイヤボンド工程)。   First, the wafer 10 is formed by attaching the optical filter 12 to the back surface of the wafer substrate 11 through an adhesive layer formed avoiding the infrared absorbing portion (FIG. 1A; filtering step). Next, the wafer 10 is separated to form a plurality of sensor elements 13 with optical filters 12 (FIG. 1A; first dicing step). Next, the sensor element 13 separated by the first dicing process is aligned in the recess 15 of the lead frame 14 and mounted so that the light receiving surface 13a of the sensor element 13 faces downward in the recess 15. (FIG. 1 (b); die bonding step). Next, the sensor element 13 and the lead frame 14 accommodated in the recess 15 by the die bonding process are accommodated and connected in the recess 15 by the wire 16 (FIG. 1C; wire bonding process).

次に、このワイヤボンド工程によるワイヤボンドが施されたセンサ素子13の受光面13aを除いて凹部15内を樹脂17によりモールドする(図2(a);モールド工程)。次に、ワイヤ16とともに樹脂17によりモールドされたセンサ素子13とリードフレーム14を個片化する(図2(b);第2のダイシング工程)。   Next, the inside of the recess 15 is molded with the resin 17 except for the light receiving surface 13a of the sensor element 13 to which the wire bonding is performed in this wire bonding process (FIG. 2A; molding process). Next, the sensor element 13 and the lead frame 14 molded with the resin 17 together with the wire 16 are separated into individual pieces (FIG. 2B; second dicing step).

このように、本発明の実施例6に係る赤外線センサの製造方法は、第1のダイシング工程の前段において、ウェハ基板11上に赤外線吸収部を避けて形成した接着層を介して光学フィルタ12を被着するもので、この図1(a)に示すようなフィルタリング工程及び第1のダイシング工程と、図1(b)に示すようなダイボンド工程と、図1(c)に示すようなワイヤボンド工程と、図2(a)に示すようなモールド工程と、図2(b)に示すような第2のダイシング工程とを経て、図2(c)に示すような赤外線センサ18が完成する。つまり、この実施例6によって完成された赤外線センサ18は、センサ素子13の受光面13aのみに光学フィルタ12が直接設けられている。   Thus, in the infrared sensor manufacturing method according to the sixth embodiment of the present invention, the optical filter 12 is formed on the wafer substrate 11 through the adhesive layer formed so as to avoid the infrared absorbing portion in the previous stage of the first dicing process. 1 to be deposited, a filtering process and a first dicing process as shown in FIG. 1A, a die bonding process as shown in FIG. 1B, and a wire bond as shown in FIG. 1C. The infrared sensor 18 as shown in FIG. 2C is completed through the process, the molding process as shown in FIG. 2A, and the second dicing process as shown in FIG. In other words, in the infrared sensor 18 completed in the sixth embodiment, the optical filter 12 is directly provided only on the light receiving surface 13 a of the sensor element 13.

上述した図1(a)に示したフィルタリング工程における光学フィルタは、赤外光を選択的に透過する機能を有するものであればよい。この光学フィルタの例としては、光学部材と、この光学部材上に多層で形成された薄膜とで、長波長又は短波長、又はその両方の波長の赤外線を透過させない機能を有するものであり、これらの透過機能を組み合わせて結果的に、特定の波長の赤外線のみを透過させる機能を有する光学フィルタである。   The optical filter in the filtering process shown in FIG. 1A described above may be any filter having a function of selectively transmitting infrared light. As an example of this optical filter, an optical member and a thin film formed in multiple layers on this optical member have a function of not transmitting infrared rays having a long wavelength, a short wavelength, or both, and these As a result, the optical filter has a function of transmitting only infrared rays having a specific wavelength.

上述した図1(a)に示したフィルタリング工程における接着層は、その接着剤が赤外線の吸収があるため、センサ素子の赤外線吸収部を避けて形成する。接着層の形状は、例えば、基板の外周部のみにリング上に形成するのが単純で加工が容易である。   The adhesive layer in the filtering step shown in FIG. 1A described above is formed avoiding the infrared absorption part of the sensor element because the adhesive has infrared absorption. The shape of the adhesive layer is, for example, simple to form on the ring only on the outer periphery of the substrate and easy to process.

ウェハ基板11と光学フィルタ12の接着強度は、接着剤の単位面積当たりの接着力で決まるため、後工程や完成後で分離しないための最低限の接着力が必要である。接着層の形状を、例えば、基板の外周部のみにリング上に形成する場合、センサ素子の小型化により十分な接着面積を確保できずに接着強度が不足する場合がある。   Since the adhesive strength between the wafer substrate 11 and the optical filter 12 is determined by the adhesive force per unit area of the adhesive, a minimum adhesive force is required to prevent separation after the post-process or completion. For example, when the shape of the adhesive layer is formed on the ring only on the outer periphery of the substrate, a sufficient adhesive area may not be ensured due to downsizing of the sensor element, and the adhesive strength may be insufficient.

センサ素子の赤外線吸収部以外の部分、例えば、パッド電極(図12中の符号104a,104b)上を接着層とすることにより(図13)、接着層の接合部割合を増やして接着強度を確保することができる。   By using an adhesive layer on the sensor element other than the infrared absorbing portion, for example, on the pad electrode (reference numerals 104a and 104b in FIG. 12) (FIG. 13), the bonding ratio of the adhesive layer is increased to ensure the adhesive strength. can do.

図13は、実施例6におけるセンサ素子部の接着層を説明するための上面図である。センサ素子部103aの接着層112は、センサ素子部103aの赤外線吸収部114を避けて形成され、このセンサ素子部103aには、接着層112を介して光学フィルタ113が被着されている。   FIG. 13 is a top view for explaining the adhesive layer of the sensor element unit in the sixth embodiment. The adhesive layer 112 of the sensor element unit 103a is formed to avoid the infrared absorption unit 114 of the sensor element unit 103a, and an optical filter 113 is attached to the sensor element unit 103a via the adhesive layer 112.

図13によれば、例えば、基板のサイズを0.7mm×0.7mm、外周部の接着層112の幅を30μmとし、パッド電極104a,104b上の140μm×140μmの2カ所を接着層112にした場合、この接着層112の接合面積割合を約5割増加することができるため、接着強度を約5割向上できる。この時、外周部の接着層112とパッド電極104a,104b上の接着層112は繋がっていても良い。   According to FIG. 13, for example, the substrate size is 0.7 mm × 0.7 mm, the width of the adhesive layer 112 on the outer peripheral portion is 30 μm, and two locations of 140 μm × 140 μm on the pad electrodes 104a and 104b are used as the adhesive layer 112. In this case, since the bonding area ratio of the adhesive layer 112 can be increased by about 50%, the adhesive strength can be improved by about 50%. At this time, the adhesive layer 112 on the outer peripheral portion may be connected to the adhesive layer 112 on the pad electrodes 104a and 104b.

また、上述した図13に示したフィルタリング工程における接着層112は、センサ素子部103aを囲む形で形成するため、内部の中空部分は密封された構造になる。構造を形成する材料のガス排出や吸収、加工工程による加圧減圧、使用環境温度による加圧減圧、などにより、センサ素子部103aや接着層112の接合部へのストレスとなり、センサ素子の特性の変動や接着強度の低下や剥離といった問題発生する場合がある。   Further, since the adhesive layer 112 in the filtering step shown in FIG. 13 is formed so as to surround the sensor element portion 103a, the hollow portion inside is sealed. Due to gas exhaustion and absorption of the material forming the structure, pressurization and depressurization due to the processing process, pressurization and depressurization due to the operating environment temperature, etc., stress on the joint portion of the sensor element portion 103a and the adhesive layer 112 is caused. Problems such as fluctuations, lowering of adhesive strength and peeling may occur.

図14(a),(b)は、図13に示した接着層に切り欠き部を設けた実施例を説明するための上面図で、図14(a)は、赤外線吸収部114の外周部の接着層の中間部に切り欠き部112aを設けた場合を示し、図14(b)は、外周部の接着層のコーナー部に切り欠き部112aを設けた場合を示している。   FIGS. 14A and 14B are top views for explaining an embodiment in which a cutout portion is provided in the adhesive layer shown in FIG. 13, and FIG. 14A is an outer peripheral portion of the infrared absorbing portion 114. FIG. 14B shows the case where the notch 112a is provided at the corner portion of the adhesive layer on the outer peripheral portion.

このように、図13に示した接着層112に切り欠き部112aを入れることにより、密封を防ぎ、センサ素子部や接着層の接合部へのストレスを低減することができる。この切り欠き部112aは、接着面に対して対角に入れることにより、接着力の偏りを防ぐことができる。   Thus, by providing the notch 112a in the adhesive layer 112 shown in FIG. 13, sealing can be prevented and stress on the sensor element part and the joint of the adhesive layer can be reduced. The notch 112a can be prevented from being biased in adhesive force by being diagonally formed with respect to the adhesive surface.

また、ウェハ基板11の表面に光学フィルタ12を被着するための接着剤としては、ポリイミド系、ポリエチレン系、エポキシ系、アクリル系、ゴム系などがある。接着層の形成方法としては、感光性材料を用いた光学的な手法や、接着剤を必要な箇所に印刷する方法がある。微細パターンを安定して形成できるポリイミドやBCBなどの感光性樹脂や感光性ゴムなどの感光性材料を用いる方法が好適である。   Examples of the adhesive for attaching the optical filter 12 to the surface of the wafer substrate 11 include polyimide, polyethylene, epoxy, acrylic, and rubber. As a method for forming the adhesive layer, there are an optical method using a photosensitive material and a method of printing an adhesive on a necessary place. A method using a photosensitive material such as a photosensitive resin such as polyimide or BCB or a photosensitive rubber capable of stably forming a fine pattern is preferable.

なお、この実施例6における光学フィルタは、上述した実施例1における光学フィルタと同じものを使用することができる。また、センサ素子21としても、実施例1の場合と同じものを使用いることができる。実施例6に用いられるセンサ素子21としては、量子型センサ素子であることが望ましい。この量子型センサ素子についても、上述した実施例1の場合と同じものを用いることができる。   In addition, the optical filter in this Example 6 can use the same thing as the optical filter in Example 1 mentioned above. Also, the same sensor element 21 as in the first embodiment can be used. The sensor element 21 used in Example 6 is preferably a quantum sensor element. Also for this quantum sensor element, the same element as in the first embodiment can be used.

<実施例7>
本発明の実施例7に係る赤外線センサ27の製造方法は、センサ素子21の受光面21aに光学フィルタ26を形成する赤外線センサ27の製造方法であって、ウェハ20を切り離して複数のセンサ素子21を形成する第1のダイシング工程と、この第1のダイシング工程により切り離されたセンサ素子21をリードフレーム22上に搭載し、ワイヤ24とともに樹脂25によりモールドされたセンサ素子21とリードフレーム22を個片化する第2のダイシング工程と、第2のダイシング工程の前段において、センサ素子21の受光面21aに光学フィルタ26を形成するフィルタリング工程と、このフィルタリング工程がセンサ素子の赤外線吸収部を避けて形成した接着層(後述する図15の符号112)を有し、センサ素子21と光学フィルタ26を、樹脂25を介して一体的に形成するものである。
<Example 7>
The manufacturing method of the infrared sensor 27 according to the seventh embodiment of the present invention is a manufacturing method of the infrared sensor 27 in which the optical filter 26 is formed on the light receiving surface 21 a of the sensor element 21, and the plurality of sensor elements 21 are separated by separating the wafer 20. The first dicing process for forming the sensor element 21 and the sensor element 21 separated by the first dicing process are mounted on the lead frame 22, and the sensor element 21 and the lead frame 22 molded by the resin 25 together with the wire 24 are individually provided. The second dicing step to be separated and the filtering step of forming the optical filter 26 on the light receiving surface 21a of the sensor element 21 in the previous stage of the second dicing step, and this filtering step avoids the infrared absorbing portion of the sensor element. It has the formed adhesive layer (reference numeral 112 in FIG. The filter 26 is for integrally formed through resin 25.

まず、ウェハ20を切り離してセンサ素子21を形成する(図3(a);第1のダイシング工程)。次に、この第1のダイシング工程により切り離されたセンサ素子21をリードフレーム22の凹部23内に整列し、この凹部23内にセンサ素子21の受光面21aを下向きにして収納するように搭載する(図3(b);ダイボンド工程)。次に、このダイボンド工程により凹部23に収納されたセンサ素子21とリードフレーム22とをワイヤ24により凹部23内で収納接続する(図3(c);ワイヤボンド工程)。   First, the wafer 20 is separated to form the sensor element 21 (FIG. 3A; first dicing step). Next, the sensor element 21 separated by the first dicing step is aligned in the recess 23 of the lead frame 22 and mounted so that the light receiving surface 21a of the sensor element 21 faces downward in the recess 23. (FIG. 3B; die bonding process). Next, the sensor element 21 and the lead frame 22 accommodated in the recess 23 by the die bonding process are accommodated and connected in the recess 23 by the wire 24 (FIG. 3C; wire bonding process).

次に、このワイヤボンド工程によるワイヤボンドが施されたセンサ素子21の受光面21aを除いて凹部23内を樹脂25によりモールドする(図4(a);モールド工程)。次に、モールド工程により形成されたモールド体を上下反転させて、センサ素子21の受光面21aを含めて樹脂25の表面とリードフレーム22の表面に光学フィルタ26を被着形成する(図4(b);フィルタリング工程)。次に、ワイヤ24とともに樹脂25によりモールドされたセンサ素子21とリードフレーム22と光学フィルタ26とを個片化する(図4(c);第2のダイシング工程)。   Next, the inside of the recess 23 is molded with the resin 25 except for the light receiving surface 21a of the sensor element 21 to which wire bonding is performed in this wire bonding process (FIG. 4A; molding process). Next, the mold body formed by the molding process is turned upside down, and the optical filter 26 is deposited on the surface of the resin 25 and the surface of the lead frame 22 including the light receiving surface 21a of the sensor element 21 (FIG. 4 ( b); Filtering step). Next, the sensor element 21, the lead frame 22, and the optical filter 26 molded with the resin 25 together with the wire 24 are separated into individual pieces (FIG. 4C; second dicing step).

このように、本発明の実施例7に係る赤外線センサの製造方法は、第2のダイシング工程の前段において、樹脂25の表面及びリードフレーム22の表面に赤外線吸収部を避けて形成した接着層を介して光学フィルタ26を被着するもので、図3(a)に示すような第1のダイシング工程と、図3(b)に示すようなダイボンド工程と、図3(c)に示すようなワイヤボンド工程と、図4(a)に示すようなモールド工程と、図4(b)に示すようなフィルタリング工程と、図4(c)に示すような第2のダイシング工程とを経て、図4(d)に示すような赤外線センサ27が完成する。つまり、この実施例7によって完成された赤外線センサ27は、樹脂25の表面及びリードフレーム22の表面の全体に亘って光学フィルタ26が被着され、樹脂25を介してセンサ素子21の受光面21aに光学フィルタ26が設けられものである。   As described above, in the infrared sensor manufacturing method according to Example 7 of the present invention, the adhesive layer formed on the surface of the resin 25 and the surface of the lead frame 22 while avoiding the infrared absorbing portion is provided in the previous stage of the second dicing step. The optical filter 26 is attached via a first dicing step as shown in FIG. 3 (a), a die bonding step as shown in FIG. 3 (b), and as shown in FIG. 3 (c). Through the wire bonding process, the molding process as shown in FIG. 4A, the filtering process as shown in FIG. 4B, and the second dicing process as shown in FIG. The infrared sensor 27 as shown in 4 (d) is completed. That is, in the infrared sensor 27 completed according to the seventh embodiment, the optical filter 26 is attached over the entire surface of the resin 25 and the surface of the lead frame 22, and the light receiving surface 21 a of the sensor element 21 is interposed via the resin 25. An optical filter 26 is provided.

図15は、実施例7におけるセンサ素子部の接着層を説明するための上面図である。上述した図4(a)に示したフィルタリング工程における接着層112は、その接着剤が赤外線の吸収があるため、センサ素子の赤外線吸収部114を避けて形成する。接着層112の形状は、例えば、受光面21aの周囲、または、第2のダイシング工程により分離される赤外線センサの外周部のみにリング上に形成するのが単純で加工が容易である。   FIG. 15 is a top view for explaining the adhesive layer of the sensor element unit in the seventh embodiment. The adhesive layer 112 in the filtering step shown in FIG. 4A described above is formed avoiding the infrared absorbing portion 114 of the sensor element because the adhesive absorbs infrared rays. The shape of the adhesive layer 112 is simple and easy to process on the ring, for example, around the light receiving surface 21a or only on the outer periphery of the infrared sensor separated by the second dicing process.

また、上述した図15に示したフィルタリング工程における接着層112は、例えば、受光面21aの周囲、または、第2のダイシング工程により分離される赤外線センサの外周部を囲む形で形成するため、内部の中空部分は密封された構造になる。構造を形成する材料のガス排出や吸収、加工工程による加圧減圧、使用環境温度による加圧減圧、などにより、センサ素子部103aや接着層112の接合部へのストレスとなり、センサ素子の特性の変動や接着強度の低下や剥離といった問題発生する場合がある。   Further, since the adhesive layer 112 in the filtering process shown in FIG. 15 described above is formed in a form surrounding, for example, the periphery of the light receiving surface 21a or the outer periphery of the infrared sensor separated by the second dicing process, The hollow part has a sealed structure. Due to gas exhaustion and absorption of the material forming the structure, pressurization and depressurization due to the processing process, pressurization and depressurization due to the operating environment temperature, etc., stress on the joint portion of the sensor element portion 103a and the adhesive layer 112 is caused. Problems such as fluctuations, lowering of adhesive strength and peeling may occur.

上述した接着層112に、実施例6の図14(a),(b)に示したような切り欠き部を形成することにより、密封を防ぎ、センサ素子部103aや接着層112の接合部へのストレスを低減することができる。この切り欠き部は、接着面に対して対角に入れることにより、接着力の偏りを防ぐことができる。   By forming notches as shown in FIGS. 14A and 14B of Example 6 in the adhesive layer 112 described above, sealing is prevented and the sensor element portion 103a and the joint portion of the adhesive layer 112 are joined. Stress can be reduced. This notch part can prevent the bias of the adhesive force by putting it diagonally with respect to the adhesive surface.

また、樹脂層25の表面及びリードフレーム22の表面に光学フィルタ26を被着するための接着剤としては、ポリイミド系、ポリエチレン系、エポキシ系、アクリル系、ゴム系などがある。接着層の形成方法としては、感光性材料を用いた光学的な手法や、接着剤を必要な箇所に印刷する方法がある。微細パターンを安定して形成できるポリイミドやBCBなどの感光性樹脂や感光性ゴムなどの感光性材料を用いる方法が好適である。   Examples of the adhesive for attaching the optical filter 26 to the surface of the resin layer 25 and the surface of the lead frame 22 include polyimide, polyethylene, epoxy, acrylic, and rubber. As a method for forming the adhesive layer, there are an optical method using a photosensitive material and a method of printing an adhesive on a necessary place. A method using a photosensitive material such as a photosensitive resin such as polyimide or BCB or a photosensitive rubber capable of stably forming a fine pattern is preferable.

なお、この実施例7における光学フィルタは、上述した実施例1における光学フィルタと同じものを使用することができる。また、センサ素子21としても、実施例1の場合と同じものを使用いることができる。実施例7に用いられるセンサ素子21としては、量子型センサ素子であることが望ましい。この量子型センサ素子についても、上述した実施例1の場合と同じものを用いることができる。   In addition, the same optical filter as the optical filter in Example 1 mentioned above can be used for the optical filter in this Example 7. FIG. Also, the same sensor element 21 as in the first embodiment can be used. The sensor element 21 used in Example 7 is desirably a quantum sensor element. Also for this quantum sensor element, the same element as in the first embodiment can be used.

10,20 ウェハ
11 ウェハ基板
12,26 光学フィルタ
13,21 センサ素子
13a,21a 受光面
14,22 リードフレーム
15,23 凹部
16,24 ワイヤ
17,25 樹脂
18,27 赤外線センサ
30 赤外線光源
31 サンプルセル
32 量子型赤外線センサ
33a,33b 量子型赤外線センサ素子
34a,34b 光学フィルタ
101 モールド樹脂
102a,102b センサ電極端子
103 量子型センサ素子
103a センサ素子部
104a,104b パッド電極
105 半絶縁性GaAs基板
106 第1のn型のInSbコンタクト層
107 π型のInSb吸収層
108 p型のAlInSbバリア層
109 第2のp型のInSbコンタクト層
110 パッシベーション層
111a 第1の素子部電極
111b 第2の素子部電極
112 接着層
113 光学フィルタ
114 赤外線吸収部
115 ワイヤーボンディング
10, 20 Wafer 11 Wafer substrate 12, 26 Optical filter 13, 21 Sensor element 13a, 21a Light receiving surface 14, 22 Lead frame 15, 23 Recess 16, 24 Wire 17, 25 Resin 18, 27 Infrared sensor 30 Infrared light source 31 Sample cell 32 Quantum type infrared sensor 33a, 33b Quantum type infrared sensor element 34a, 34b Optical filter 101 Mold resin 102a, 102b Sensor electrode terminal 103 Quantum type sensor element 103a Sensor element part 104a, 104b Pad electrode 105 Semi-insulating GaAs substrate 106 1st N-type InSb contact layer 107 π-type InSb absorption layer 108 p-type AlInSb barrier layer 109 second p-type InSb contact layer 110 passivation layer 111 a first element part electrode 111 b second element part electrode 12 adhesive layer 113 optical filter 114 infrared absorption portion 115 of wire bonding

Claims (4)

複数の量子型センサ素子が形成されるウェハの第1の主面と対向する前記ウェハの第2の主面の全面に、前記量子型センサ素子の赤外線吸収部を避けて周辺部に形成された接着材を介して光学フィルタを被着するフィルタリング工程と、
前記ウェハを切り離して複数の前記量子型センサ素子を形成する第1のダイシング工程と、
該第1のダイシング工程により切り離された前記量子型センサ素子をリードフレームと支持基材とで形成される凹部内に前記ウェハの第1の主面側が露出し、前記光学フィルタが前記支持基材と接するように搭載するダイボンド工程と、
前記ウェハの第1の主面に形成された量子型センサ素子と前記リードフレームとをワイヤにより前記凹部内で収納接続するワイヤボンド工程と、
記凹部を前記ウェハの第2の主面側に形成された光学フィルタ面を除いて樹脂でモールドするモールド工程と、
前記量子型センサ素子と前記リードフレームを個片化する第2のダイシング工程と、
をこの順で実行するように有し、前記センサ素子と前記光学フィルタとを一体的に形成することを特徴とする赤外線センサの製造方法。
A plurality of quantum type sensor elements are formed on the entire surface of the second main surface of the wafer facing the first main surface of the wafer so as to avoid the infrared absorption part of the quantum type sensor elements. A filtering step of attaching an optical filter via an adhesive;
A first dicing step of separating the wafer to form a plurality of the quantum sensor elements;
The quantum type sensor elements, separated by the first dicing step, in a recess formed in the lead frame and the supporting substrate, a first main surface side of the wafer is exposed, the optical filter is the support A die-bonding process for mounting in contact with the substrate ;
A wire bonding step of accommodating and connecting the quantum sensor element formed on the first main surface of the wafer and the lead frame in the recess by a wire;
A molding step of molding at front Ki凹 portion except for the second optical filter surface formed on the main surface of the wafer resin,
A second dicing step of separating the quantum sensor element and the lead frame into pieces;
Are performed in this order, and the sensor element and the optical filter are integrally formed.
前記リードフレームが、前記凹部を形成するリードフレームの側面に段差部を有し、  The lead frame has a stepped portion on a side surface of the lead frame forming the recess;
前記ワイヤボンド工程が、前記ウェハの第1の主面に形成された量子型センサ素子と前記リードフレームの前記段差部とをワイヤにより前記凹部内で収納接続する請求項1に記載の赤外線センサの製造方法。  2. The infrared sensor according to claim 1, wherein in the wire bonding step, the quantum type sensor element formed on the first main surface of the wafer and the stepped portion of the lead frame are housed and connected in the recess by a wire. Production method.
請求項1または2に記載の赤外線センサの製造方法により製造される赤外線センサ。 Infrared sensor manufactured by the method for producing an infrared sensor according to claim 1 or 2. 測定対象ガスの流路を構成するサンプルセル内の一端に赤外線光源を配置するとともに、前記サンプルセル内の他端に請求項に記載の赤外線センサを配置したことを特徴とする量子型赤外線ガス濃度計。 A quantum infrared gas characterized in that an infrared light source is arranged at one end in a sample cell constituting a flow path of a gas to be measured, and the infrared sensor according to claim 3 is arranged at the other end in the sample cell. Densitometer.
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